羅華云，馮永平，謝 暉

基于某款汽車遙控器外殼高溫快速成型工藝優(yōu)化

羅華云，馮永平，謝 暉

（南昌大學科學技術學院，江西省南昌市 330029）

以某款汽車遙控器外殼為例，結(jié)合計算機輔助工程、正交試驗和方差分析研究了影響高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量的工藝參數(shù)。結(jié)果表明：熔體溫度對體積收縮率的影響最顯著，其次是模具溫度、注射壓力、轉(zhuǎn)保壓力、注射時間。保壓壓力、保壓時間和冷卻時間對體積收縮率影響不大。選取熔體溫度、模具溫度、注射壓力、注射時間、轉(zhuǎn)保壓力5個工藝參數(shù)建立多元回歸產(chǎn)品質(zhì)量預測模型，并通過實例驗證算法的可行性，為高溫快速成形工藝優(yōu)化提出了一條新思路。

高溫快速成型 汽車遙控器外殼 計算機輔助工程 方差分析 回歸分析

隨著工業(yè)技術迅速發(fā)展及人們生活水平的提高，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來越高，高溫快速成型技術[1]以其精密、高效、節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)勢而快速發(fā)展。該技術的核心在于變模溫注射成型，當前有關該技術的研究主要集中在模具溫控技術和成型控制領域。本研究從工藝角度入手，以某款汽車遙控器外殼為例，在正交試驗基礎上，結(jié)合計算機輔助工程（CAE）和方差分析，研究了各工藝參數(shù)對高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量的影響，描述了高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量評價指標及其評價變量；結(jié)合多元回歸分析對高溫快速成型工藝參數(shù)進行有效預測與優(yōu)化，以得出可用于指導生產(chǎn)實踐的高溫快速成型工藝優(yōu)化方法。

1　高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量評價指標及評價變量

圖1為某款汽車遙控器外殼實體模型，產(chǎn)品尺寸為80 mm×20 mm×6 mm，主體壁厚2 mm，材料丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物為高光制件，采用高溫快速成型技術生產(chǎn)。

圖1　某款汽車遙控器外殼的實體模型Fig.1 Solid model of remote control shell for a certain car

對于工程優(yōu)化問題，首先需要確定質(zhì)量評價指標及評價變量。圖2形象地表示了影響高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量的因素。高溫快速成型產(chǎn)品多為高光產(chǎn)品，因而產(chǎn)品質(zhì)量評價指標可以通過影響產(chǎn)品表觀質(zhì)量的指標來確定，這里以體積收縮率作為主要評價指標。通過研究高溫快速成型工藝，初步確定模具溫度、熔體溫度、注射壓力、注射時間、保壓壓力、轉(zhuǎn)保壓力、保壓時間和冷卻時間等8個成型參數(shù)作為評價變量。

圖2　高溫快速成型工藝因素魚刺圖示意Fig.2 Fishbone diagrams of the factors influencing the rapid heat cycle molding technology

2　正交試驗

2.1試驗方案

通過正交試驗，利用CAE進行模擬分析，初步確定選取8因素在3水平取值（見表1）。

表1　試驗因素與水平Tab.1 Experimental factors and levels

按照正交試驗設計L27（313）方案[2-3]考察8因素3水平對高溫快速成型工藝的影響。利用Moldflow軟件進行模擬分析，測出某款汽車遙控器外殼體積收縮率分別為3.976%，8.520%，10.170%，4.341%，8.476%，9.228%，4.609%，3.458%，5.867%，9.558%，10.230%，8.676%，8.903%，9.408%，7.685%，8.099%，4.780%，7.338%，10.220%，9.241%，9.888%，5.606%，8.578%，8.951%，5.688%，7.792%，7.424%。

2.2因素顯著性分析

為確定各因數(shù)對體積收縮率的顯著性影響，對正交試驗獲得的數(shù)據(jù)進行方差分析[4-10]，借助Matlab軟件編程。從表2可以看出：熔體溫度的顯著統(tǒng)計量度最大，對體積收縮率影響最顯著，其次是模具溫度、注射壓力、轉(zhuǎn)保壓力、注射時間；對體積收縮率影響較小的是保壓壓力、保壓時間和冷卻時間。

表2　體積收縮率的方差分析Tab.2 Variance analysis of the volume shrinkage

3　高溫快速成型汽車遙控器外殼評價模型

3.1多元回歸評價模型的建立

引入多元回歸分析理論建立評價模型[11]。為建立高溫快速成型汽車遙控器外殼的工藝參數(shù)與體積收縮率的關系，選取顯著影響高溫快速成型產(chǎn)品工藝參數(shù)中的模具溫度、熔體溫度、注射壓力、注射時間、轉(zhuǎn)保壓力5個參數(shù)作為輸入，而以體積收縮率作為輸出?；貧w模型見式（1）。

式中：y為輸出，xm為輸入，bm為回歸系數(shù)，m=1，2……k。

選取多元二項式中的完全二次模型，利用試驗獲得數(shù)據(jù)，借助Matlab編程軟件，最終得到體積收縮率回歸模型[見式（2）]。

3.2多元回歸模型的檢驗

為判斷模型是否合理，結(jié)合回歸理論且借助Matlab軟件，得到回歸模型的檢驗指標[12-15]：體積收縮率對應模型的多元系數(shù)為0.968 6、檢驗統(tǒng)計量為109.222、顯著型概率為0.000 69、剩余方差為5.531 6，回歸效果比較理想。從圖3可以看出：數(shù)據(jù)的殘差離零點均較近，且殘差的置信區(qū)間包含零點，說明回歸模型比較合理。

圖3　殘差圖Fig.3 Residual plots

3.3多元回歸模型的預測

根據(jù)式（2）對汽車遙控器外殼的體積收縮率進行回歸預測，為更好地通過回歸模型進行預測，隨機選取6組數(shù)據(jù)，通過Moldflow軟件模擬得到6組數(shù)據(jù)的仿真值與回歸模型的預測值。從表3可以看出：體積收縮率的仿真值與預測值間的誤差為±5.0%，說明仿真值和預測值比較接近。因此，采用多元回歸模型可以有效地預測和控制高溫快速成型汽車遙控器外殼的體積收縮率。

表3　仿真與預測結(jié)果對比Tab.3 Comparison between the simulated results and the predicted results

4　結(jié)論

a）通過正交試驗、CAE分析和方差分析可知，熔體溫度對體積收縮率影響最顯著，其次是模具溫度、注射壓力、轉(zhuǎn)保壓力、注射時間。保壓壓力、保壓時間和冷卻時間對體積收縮率影響不大。

b）建立的多元回歸模型能夠合理的預測汽車遙控器外殼的體積收縮率，由此找到了優(yōu)化工藝參數(shù)、減少體積收縮率的方向，對企業(yè)實際生產(chǎn)具有一定的指導意義。

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Process optimization of rapid heat cycle molding technology based on a certain car remote control shell

Luo Huayun, Feng Yongping, Xie Hui
（Science and Technology College of Nanchang University, Nanchang 330029,China）

The process parameters influencing product quality of rapid heat cycle molding technology were studied in combination of computer aided engineering, orthogonal experiments and variance analysis based on a certain car remote control shell. The results showed that the effect of melt temperature on the volume shrinkage was the most significant followed by mold temperature, injection pressure, holding pressure and injection time. The packing pressure, packing time and cooling time had less influences on the volume shrinkage. A multiple regression product quality prediction model was established by means of selecting the process parameters of melt temperature, mold temperature, injection pressure, injection time and holding pressure. A new idea was proposed for the process optimization of the rapid heat cycle molding technology through validating the feasibility of the experiments by some examples.

rapid heat cycle molding；car remote control shell；computer aided engineering；variance analysis；regression analysis

TQ 22/35

B

1002-1396（2015）06-0056-03

2015-05-27；

2015-08-26。

羅華云，女，1981年生，碩士，講師，現(xiàn)主要從事模具CAD/CAE/CAM的教學及研究工作。聯(lián)系電話：13576047735；E-mail：happyegg2001@163.com。

江西省高等學校教學改革研究省級課題（JXJG-14-28-10），江西省南昌大學科學技術學院自然科學科研基金（2012-ZR-02）。